浅析MCU的内存分配与代码执行

STM32内存分配解析及变量的存储位置原⽂内存映射在⼀些桌⾯程序中，整个内存映射是通过虚拟内存来进⾏管理的，使⽤⼀种称为内存管理单元(MMU)的硬件结构来将程序的内存映射到物理RAM。

在对于 RAM 紧缺的嵌⼊式系统中，是缺少 MMU 内存管理单元的。

因此在⼀些嵌⼊式系统中，⽐如常⽤的 STM32 来讲，内存映射被划分为闪存段（也被称为Flash,⽤于存储代码和只读数据)和RAM段，⽤于存储读写数据。

STM32 的 Flash 和 RAM 地址范围笔者标题所说的内存是指 STM32 的 Flash 和 RAM，下图是 ARM Cortex M3 的地址映射图：从图中我们可以看到 RAM 地址是从 0x2000 0000 开始的，Flash地址是从 0x0800 0000 开始的，笔者将在下⽂中着重对这两部分进⾏剖析。

Flash代码和数据是存放在 flash 中的，下⾯是将 flash 内部进⾏细分之后的⼀张图，图中标明了代码段，数据段以及常量在 flash 中的位置。

如上图所⽰，Flash ⼜可以细分为这么⼏个部分，分别是⽂本段 (Text),其中⽂本段中⼜包含可执⾏代码 (Executable Code)和常量 (Literal Value)，在⽂本段之后就是只读数据区域 (Read Only Data)，当然并不是所有架构的单⽚机都满⾜这样⼀个排布规律，这⾥只针对ARM Cortex M3 系列，只读数据段后⾯接着的就是数据复制段 (Copy of Data Section)，第⼀次遇到这个概念的朋友看到数据复制可能会有所疑惑，其实这个段充当的作⽤是存放程序中初始化为⾮ 0 值的全局变量的初始值，之所以要将初始值存放到这⾥，是因为全局变量是存放在 RAM 上的，RAM 上的值掉电便丢失，每次上电后这些变量是要进⾏重新赋值的，⽽重新赋的值就存放在这⾥。

那为什么不存放初始化为 0 的全局变量初始值呢，原因也很简单，既然是初始化为 0,那么在上电后统⼀对存放初始化为 0 的全局变量的那块区域清0就好了。

现在很多M C U都配套有软件包，不再像以前那样从零（汇编、寄存器）开始了。

而本文给大家描述的瑞萨M C U也是通过灵活软件包（F S P）进行快速初始化外设，下面就给大家讲讲F S P灵活软件包那些重要的内容。

F S P介绍FSP：F l e x i b l e S o f t w a r e P a c k a g e，即瑞萨M C U的软件包，类似于K e i l M D K中需要安装的软件包（K e i l.S T M32F1x x_D F P.2.4.0.p a c k）。

瑞萨灵活软件包（F S P）是一个灵活配置的软件包，旨在提供易于使用、可扩展、高质量的嵌入式系统设计软件。

它适用于R A系列的M C U，提供了统一直观的A P I，并有详细的解释和例程应用，可以按照客户不同的需求自动生成相应驱动程序。

启动文件说明启动文件是程序上电复位后执行的第一个程序。

它一般包括如下几个：1.初始化堆栈2.使能FPU3.定位中断向量表4.配置系统时钟5.启用CORTEX-M33栈监视器6.初始化C语言运行环境7.初始化变量SystemCoreClock，这个变量存放的是处理器时钟的频率8.初始化用于触发NVIC中断的ELC（事件链接控制）9.BSP初始化初始化堆栈D三初始化堆栈1、栈区（S t a c k）一种顺序数据结构，满足后进先出原则。

由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。

栈特别方便用来保存/恢复调用现场。

在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。

如果函数调用时，如果函数参数和局部变量较多，寄存器放不下，则需要适当增加栈区的大小。

2、堆区（h e a p）通常由程序员手动分配，使用m a l l o c和f r e e进行分配和释放。

注意，使用完需及时释放(f r e e)，否则容易造成内存泄漏。

3、e2S t u d i o中堆栈的设置宏“B S P_C F G_S T A C K_M A I N_B Y T E S”可以在F S P C o n f i g u r a t i o n的“B S P”属性栏中的“RA C o m m o n”中通过修改“M a i n s t a c k s i z e”设置，默认为1K B（0x400B y t e）。

mcu 内存和任务堆栈使用注意事项MCU（Microcontroller Unit）是一种集成了微处理器核心、存储器、外设和时钟电路等功能的单芯片微控制器。

在嵌入式系统开发中，MCU的内存管理和任务堆栈的使用是非常重要的，对系统性能和稳定性有着直接影响。

本文将探讨MCU内存和任务堆栈的使用注意事项。

一、MCU内存的使用注意事项1. 确保足够的内存空间：在开发嵌入式系统时，需要预留足够的内存空间来存储程序代码、数据和堆栈等。

如果内存空间不足，可能导致程序崩溃或无法正常运行。

2. 合理分配内存：在程序设计中，要合理分配内存空间，避免内存碎片的产生。

可以使用动态内存分配的方法，如malloc()函数来动态申请和释放内存。

3. 避免内存泄漏：内存泄漏是指程序在申请内存后，没有及时释放导致内存空间无法再次被利用的情况。

在编写程序时，应该注意及时释放不再使用的内存，避免内存泄漏问题的发生。

4. 内存访问的安全性：在进行内存操作时，要确保内存的访问是合法的，不会越界或访问未初始化的内存区域。

否则可能导致程序崩溃或数据错误。

5. 使用内存保护机制：一些MCU提供了内存保护机制，可以设置特定的内存区域为只读或只写，防止程序错误地修改或访问内存。

在开发过程中，可以使用这些机制来提高系统的稳定性和安全性。

二、任务堆栈的使用注意事项1. 合理设置堆栈大小：任务堆栈的大小应根据任务的复杂度和调用的函数数量来合理设置。

如果堆栈大小过小，可能导致堆栈溢出的问题；如果堆栈大小过大，则会占用过多的内存资源，浪费系统资源。

2. 避免递归调用：递归调用是指一个函数直接或间接地调用自身。

在嵌入式系统中，递归调用往往会消耗大量的堆栈空间，容易导致堆栈溢出。

因此，应尽量避免在嵌入式系统中使用递归调用。

3. 检测堆栈溢出：堆栈溢出是指堆栈空间被使用超过了其容量，导致数据覆盖或程序崩溃的情况。

为了检测堆栈溢出，可以在任务堆栈的最高地址处设置一个特殊的标记值，并定期检查该标记值是否被修改。

深度：产品级的MCU是如何进行内存管理的前面已经将所有的硬件驱动实现，验证了硬件功能。

但是每一个硬件都是单独测试的，而且并不完善。

下一步，我们需要对各个驱动进行整合完善。

在整合之前，需要做一些基础工作。

其中之一就是实现内存管理。

什么叫内存管理呢？为什么要做内存管理？前面我们已经大概了解了程序中的变量现在我们复习一下：局部变量、全局变量。

局部变量在进入函数时从栈空间分配，退出函数前释放。

全局变量则在整个程序运行其中一直使用。

在程序编译时就已经分配了RAM 空间。

那还有没有第三种变量呢？可以说没有。

但是如果从生存周期上看，是有的：一个变量，在多个函数内使用，但是又不是整个程序运行期间都使用。

或：一个变量，在一段时间内使用，不是整个程序运行生命周期都要用，但是用这个变量的函数会退出，然后重复进入（用static定义的局部变量相当于全局变量）如果不使用动态内存管理，这样的变量就只能定义为全局变量。

如果将这些变量定义为指针，当要使用时，通过内存管理分配，使用完后就释放，这就叫做动态分配。

举个实际的例子：一个设备，有三种通信方式：串口，USB，网络，在通信过程每个通信方式需要1K RAM。

经过分析，3种通信方式不会同时使用。

那么，如果不使用动态内存，则需要3K变量。

如果使用内存管理动态分配，则只需要1K内存就可以了。

（这个只是举例，如果简单的系统，确定三种方式不同时使用，可以直接复用内存）通信方式只是举例，其实一个系统中，并不是所有设备都一直使用，如果使用动态内存管理，RAM的峰值用量将会大大减少。

内存管理方案不发明车轮，只优化轮胎。

内存管理是编程界的一个大话题，有很多经典的方案。

很多人也在尝试写新的方案。

内存分配模块我们使用K&R C examples作为基础，然后进行优化。

K&R是谁？就是写《C程序设计语言》的两个家伙。

如果你没有这本书，真遗憾。

这本书的8.7章节，<实例--存储分配程序>，介绍了一种基本的存储分配方法。